라인 샤프트

Line shaft
가공선 축에서 벨트로 구동되는 4개의 울 방적기(라이프치히, 독일, 1925년경)

라인 샤프트산업혁명부터 20세기 초까지 광범위하게 사용된 동력 전달용 회전 샤프트입니다.각 기계에 직접 연결할 수 있을 정도로 작은 전기 모터가 널리 사용되기 전에는 라인 축이 작업장이나 공단 전체에 걸쳐 대규모 중앙 전원에서 기계로 전력을 분배하는 데 사용되었습니다.중심 동력원은 물레방아, 터빈, 풍차, 동물 동력 또는 증기 엔진일 수 있습니다.동력은 벨트,[1] 풀리밀링으로 알려진 기어 시스템에 의해 샤프트에서 기계로 분배되었습니다.

작동

선반용 가변 속도 벨트 구동.상부 샤프트의 고정 풀리는 전원 벨트에 의해 일정한 속도로 구동됩니다.풀리('아이들러')를 느슨하게 하면 기계를 분리하여 정지시킬 수 있으며, 이는 속도 변경에 필요합니다.스텝 풀리(왼쪽)는 벨트로 연결된 풀리 쌍에 따라 공작기계에 세 가지 구동 속도를 제공합니다(표시되지 않음).
매사추세츠 주 로웰있는 서퍽 밀스의 터빈에서 라인 샤프트까지
매사추세츠주 로웰에 있는 Boot Mills의 라인 샤프트에서 파워룸까지
외부 이미지
image icon 작업장에서 라인 샤프트가 작동하는 비디오.

일반적인 라인 샤프트는 한 영역의 천장에 매달려 해당 영역의 길이를 주행합니다.샤프트의 1개의 도르래는, 빌딩내의 다른 장소에 있는 모선 샤프트로부터 전력을 공급받습니다.다른 풀리는 각 개별 기계의 풀리 또는 후속 라인 샤프트에 전력을 공급합니다.다수의 기계가 동일한 작업을 수행하는 제조 과정에서 시스템 설계는 상당히 규칙적이고 반복적이었습니다.방향과 전력 요건이 다른 다양한 기계가 있는 기계나 목재 공장 등 다른 용도에서는 시스템이 불규칙하고 여러 축 방향 및 풀리 크기에 일관성이 없는 것처럼 보일 수 있습니다.축은 보통 수평이고 머리 위였지만 때때로 수직이며 지하에 있을 수 있었다.샤프트는 보통 플랜지에 볼트로 고정되어 있는 여러 부품으로 구성된 단단한 강철이었습니다.축은 일정한 간격으로 베어링이 달린 옷걸이에 매달려 있었다.거리는 축의 무게와 도르래의 수에 따라 달라집니다.샤프트는 정렬 상태를 유지해야 하며, 그렇지 않으면 응력이 베어링을 과열시켜 샤프트가 파손될 수 있습니다.베어링은 대개 마찰식이어서 윤활 상태를 유지해야 했습니다.베어링이 동결되거나 오작동하지 않도록 하기 위해 풀리 윤활기 직원이 필요했습니다.

최초의 응용에서는 홈이 있는 풀리의 로프 루프를 사용하여 풀리 간에 동력이 전달되었습니다.이 방법은 오늘날에는 매우 드물며, 대부분 18세기부터 시작되었다.평평한 도르래나 드럼의 평평한 벨트는 19세기와 20세기 초에 가장 흔한 방법이었다.벨트는 일반적으로 고무가 배어 있는 무두질 가죽이나 면 오리였다.가죽 벨트는 생가죽 또는 와이어 레이싱, 랩 조인트 및 접착제 또는 여러 유형의 강철 고정 장치 중 하나로 루프에 고정되었습니다.면 오리 벨트는 보통 금속 고정 장치를 사용하거나 열과 함께 녹였습니다.가죽 벨트는 최상의 트랙션을 위해 털 쪽이 도르래에 닿도록 연결되었습니다.그 벨트는 좋은 상태를 유지하기 위해 정기적으로 청소하고 컨디셔닝해야 했다.벨트는 종종 다리당 180도 비틀리고 받침 풀리에서 반전되어 두 번째 샤프트가 반대 방향으로 회전하도록 했습니다.

도르래는 목재, 철, 강철 또는 이들의 조합으로 제작되었습니다.회전 속도를 바꾸기 위해 다양한 크기의 풀리가 함께 사용되었습니다.예를 들어 100rpm에서 40인치 풀리는 200rpm에서 20인치 풀리를 회전시킵니다.샤프트에 단단히 부착된 풀리는 샤프트(아이들러)에서 자유롭게 회전하는(느슨한) 인접 풀리와 결합할 수 있습니다.이 구성에서는 벨트를 아이들러로 조작하여 동력 전달을 정지하거나 솔리드 풀리로 조작하여 동력을 전달할 수 있습니다.이 배열은 기계를 사용하지 않을 때 기계를 끄는 수단을 제공하기 위해 기계 근처에서 종종 사용되었습니다.일반적으로 기계에 전원을 공급하는 마지막 벨트에서는 한 쌍의 계단식 풀리를 사용하여 기계의 다양한 속도 설정을 할 수 있습니다.

벨트와 크기가 다른 풀리가 아닌 샤프트 사이에 기어를 사용하여 속도를 변경하기도 했지만, 이는 비교적 드문 일이었습니다.

역사

라인 샤프트의 초기 버전은 18세기까지 거슬러 올라가지만, 19세기 후반 산업화와 함께 널리 사용되었습니다.라인 샤프트는 제조, 목공소, 기계공장, 톱질소 및 격자공장에서 널리 사용되었습니다.

1828년 메사추세츠 주 로웰에서 Paul Moody는 물레방아에서 흐르는 메인 샤프트에서 동력을 전달하기 위해 금속 기어링으로 가죽 벨팅을 대체했습니다.이 혁신은 [2]미국에서 빠르게 확산되었다.

플랫 벨트 드라이브 시스템은 1870년대부터 영국에서 인기를 끌었으며, J&E Wood와 W&J Galloway & Sons의 회사가 그 도입에서 두드러졌습니다.이 두 회사 모두 고정식 증기 엔진을 제조했으며, 더 많은 힘과 신뢰성에 대한 지속적인 요구는 엔진 기술 개선뿐만 아니라 엔진에서 그들이 서비스하고자 하는 로브 및 유사한 기계로 동력을 전달하는 방법을 개선함으로써 충족될 수 있었습니다.플랫벨트의 사용은 이미 미국에서는 보편화되었지만 이때까지 영국에서는 드물었다.그 장점으로는 기존에 일반적인 구동축과 관련 기어에 내재된 마찰 손실에 따른 소음과 에너지 낭비를 줄일 수 있었습니다.또, 유지보수가 보다 간단하고 저렴해, 한편의 부품에 장해가 발생해도 공장이나 제분소의 모든 부분에 정전이 발생하지 않는, 전원 드라이브의 배치에 있어서도 편리한 방법이었습니다.이러한 시스템은 로프 구동 [3]방식으로 인기를 대체했습니다.

19세기 말경에 몇몇 공장들은 하나의 건물에 1마일 이상의 라인 샤프트를 가지고 있었다.

소규모 상점과 경공업계에 전력을 공급하기 위해 특별히 건설된 "전력 건물"이 건설되었다.발전소 건물은 중앙 증기 엔진을 사용하여 모든 임대된 방에 라인 샤프트를 통해 전력을 분배했습니다.전력 건물은 전기화 초기에도 계속 건설되었으며, 여전히 라인 샤프트를 사용하지만 전기 [1]모터로 구동됩니다.

일부 공장들이 너무 크고 복잡해져서 하나의 증기 엔진으로 구동할 수 없게 되자, "하위 분할" 동력 시스템이 사용되게 되었다.철사 뽑기나 쇠망치질 같은 민감한 작업을 위해 광범위한 속도 제어가 필요할 때도 이것은 중요했습니다.서브분할 동력 하에서 증기는 중앙 보일러에서 필요한 곳에 위치한 소형 증기 엔진으로 파이프로 연결되었습니다.하지만, 작은 증기 엔진은 큰 증기 엔진보다 훨씬 덜 효율적이었습니다.Baldwin Locomotive Works 63에이커의 부지는 분할된 전력으로 바뀌었고, 그 후 여러 개의 대형 증기 엔진이 라인 샤프트를 구동하는 비효율성으로 인해 그룹 구동으로 전환되었습니다.결국 Baldwin은 전기 드라이브로 전환하여 인건비와 건축 [1]공간을 대폭 절약했습니다.

1870년 인쇄기

1900년대 초반 공장에서의 전기화와 함께, 많은 라인 샤프트가 전기 구동으로 전환되기 시작했습니다.초기 공장 전기화에서는 대형 모터만 사용 가능했기 때문에 새로운 공장에서는 라인 축선과 제분 작업을 구동하기 위해 대형 모터를 설치했습니다.1900년 이후 소규모 산업용 모터를 사용할 수 있게 되었고 대부분의 신규 설비는 개별 전기 [4]드라이브를 사용했습니다.

증기 터빈 동력 라인 샤프트는 1980년대에 정밀 전기 모터 속도 제어를 위한 경제적인 방법이 나오기 전까지 속도 제어의 이유로 페이퍼 머신을 구동하는 데 일반적으로 사용되었습니다. 그 이후로 많은 것들이 부분 전기 [5]드라이브로 대체되었습니다.전기 모터를 이용한 경제적인 가변 속도 제어는 실리콘 제어 정류기(SCR)에 의해 가능하여 인버터를 사용하여 원하는 속도에 필요한 주파수로 DC를 AC로 다시 변경하는 가변 주파수 및 직류 드라이브를 생성할 수 있었습니다.

대부분의 시스템은 20세기 중반까지 서비스가 중단되었으며, 21세기에는 비교적 적은 수의 시스템만 남아 있으며, 원래 위치와 구성은 더 적습니다.

단점 및 대안

단점들

개별 전기 모터 또는 장치 구동과 비교하여 라인 샤프트는 다음과 같은 [1]단점이 있습니다.

  • 라인 샤프트에 의한 전력 손실은 매우 다양하며, 일반적으로 25%이며 종종 훨씬 더 높습니다. 그러나 롤러 베어링과 양질의 윤활을 사용하면 손실을 최소화할 수 있습니다.롤러 베어링과 구형 베어링은 공장의 전기가 들어오기 전 10년 동안 받아들여졌다.
  • 연속 노이즈
  • 유지비가 더 비쌌다.
  • 그 시스템은 더 위험했다.
  • 기계적인 문제로 인한 다운타임이 더 높았습니다.
  • 속도를 바꾸는 것은 쉽지 않았다.
  • 공장 레이아웃은 라인 샤프트에 대한 접근을 중심으로 설계되었으며, 작업 흐름에 가장 효율적인 방법은 아니었습니다.
  • 라인 샤프트와 밀링 워크는 많은 공간을 차지했습니다. Baldwin Locomotive Works는 전기 드라이브보다 40% 더 많은 공간을 차지했습니다.
  • 축과 벨트는 조명, 천장 크레인과 환기 덕트를 방해했다.
  • 시스템의 정렬은 확장과 수축, 침하 및 진동의 영향을 받는 긴 샤프트에 매우 중요했으며 문제가 있었습니다.
  • 벨트는 먼지를 털어내고 계속 공중을 순환시켰다.
  • 오버헤드 샤프트에서 기름이 떨어졌다.

전력으로 전환한 기업은 직원의 병가를 현저하게 줄였으며, 동일한 장비를 사용하여 생산량이 크게 증가하였다.1909년에 [where?]쓴 글에서, 제임스 허브바트는 "처음에는 건물의 구석구석을 독점하고 다른 것을 위한 [6]거의 또는 전혀 남기지 않는 것처럼 보이는 벨트 덩어리를 마주하지 않고서는 가게나 공장에 발을 들여놓을 수 없다"고 말했다.

라인 샤프트를 대체하는 과거의 방법

선축의 거리와 마찰의 한계를 극복하기 위해 19세기 후반에 와이어로프 시스템이 개발되었다.와이어 로프는 라인 샤프트보다 더 빠른 속도로 작동하며 몇 마일 또는 킬로미터의 거리를 기계적 동력을 전달하는 실용적인 수단이었다.이들은 넓은 간격의 큰 직경의 바퀴를 사용했으며 라인 샤프트보다 마찰 손실이 훨씬 적었으며 초기 비용의 10분의 1을 차지했습니다.

개별 증기 엔진에 실용적이지 않은 소규모 전력을 공급하기 위해 중앙역 유압 시스템이 개발되었습니다.영국의 항구나 유럽의 다른 곳에서 크레인과 다른 기계들을 작동시키기 위해 수력 동력이 사용되었습니다.가장 큰 유압 시스템은 런던에 있었다.베세머 철강 생산에 수력 에너지가 광범위하게 사용되었습니다.

19세기 [1]후반에는 공압력을 제공하는 중앙역도 있었다.

초기 예시

Jediah Strott, 1819년 Belper의 North Mill에서 각 층의 길이를 달리는 18피트(5.5m) 물레방아에서 수평 구동 축으로 이어지는 수직 축을 보여줍니다.

1776년에 건설된 제디아 스트럿의 수력식 면방앗간인 벨퍼의 노스 밀은 기계를 작동시키기 위한 모든 동력은 18피트(5.5m)의 [7]물레방아에서 나왔다.

오리지널 시스템

영국
  • Elan Valley - 오래된 워크샵에서 아직 가동할 수 없는 라인샤프트가 현재 방문자 센터로 사용되고 있습니다.
  • Ellenroad Ring Mill – 6마력 내셔널 오일 엔진의 라인 샤프트는 단조, 파워 해머, 선반, 레이디얼드릴셰이퍼를 갖춘 복제 1910 워크샵을 구동합니다.
  • 번리스트리트 밀 - 500마력의 석탄 연소식 증기 엔진으로 구동되는 600개의 랭커셔 롬을 가동하는 라인 샤프트
  • Shelsley Watermill, Shelsley Walsh, 영국 Worcester - 부분적으로 작동 가능한 곡물 공장
  • 영국 컴브리아, Stott Park Bobbin Mill - ?
  • 영국 더럼 카운티 달링턴 근처에 있는 Tees Cotage Pumping Station - 원래의 유지보수 워크샵을 정상적으로 완료
  • 웨일즈 국립 슬레이트 박물관 - 영국 본토에서 가장작동 수레바퀴에 의해 구동되는 라인 샤프트로 구동되는 오리지널 기기
미국
  • 오스틴 오르간즈.하트포드 (코네티컷 주)
  • 크루저 올림피아, 필라델피아, 펜실베이니아 - 운영 기계 공장
  • 이스트 브로드철도석탄 회사.펜실베니아 주 Rockhill Forro - 부분적으로 작동 가능; 기계 공장, 판금 공장, 목재 공장, 대장간 공장, 주조 공장
  • 캘리포니아, 그래스밸리, 엠파이어 광산 스테이트 파크 머신샵 - 공작기계?
  • 델라웨어 주 윌밍턴 해글리 박물관
  • Hanford Mills Museum, East Meredith, New York - 작동 가능; 제재소, Gristmill, 우드샵
  • 네브래스카 주 네브라스카 시티, Kregel Windmill Factory Museum - 작동 가능, 풍차 공장
  • Longleaf 목재 회사/Longleaf, Longleaf, Southern Forest Heritage Museum - 부분적으로 작동 가능; 공작기계, 제재소
  • Mingus Mill, 그레이트 Smokey Mountains 국립공원, 사우스캐롤라이나 - 부분적으로 작동 가능, 곡물 공장
  • 록런 그리스트 밀, 서스퀘한나 주립공원(메릴랜드), 아브르 드 그레이스, 메릴랜드주 - 작동 가능, 수력식 그리스트
  • Sierra Railtown Shops / Railtown 1897 State Historic Park (캘리포니아주 Jamestown) - 작동 가능, 공작기계, 대장간
  • 로드아일랜드주 포트켓의 슬레이터유적지--?
  • 토마스 에디슨 국립역사공원, 뉴저지주 웨스트오렌지 - 공작기계?
  • W. A. Young and Sons Foundry and Machine Shop, Rices Landing, 펜실베니아 — 기계 공장, 주조 공장
  • W. J. Doran Company, Waupaca, 위스콘신 - 완전 가동, 공작기계

재구축 또는 데모 시스템

매사추세츠 주 로웰의 Boot Mills에서 라인 샤프트와 파워로밍
미국
  • 핸콕 셰이커 빌리지, 매사추세츠주, 피트필드.목공 기계를 작동시키기 위한 수력 터빈으로 구동되는 기계 공장.
  • Smithsonian Institute, Arts and Industries Building, 워싱턴 D.C. - 공작기계
  • 인디애나주 Enora, White River Valley Antic Association - 기계목공구
  • Denton Farmpark, Denton, North Carolina – 공작기계
  • 신시내티 역사박물관, 오하이오주 신시내티 - 공작기계
  • 델라웨어주 윌밍턴의 Hagley Museum and Library (오리지널 듀퐁 분쇄기) - 공작기계
  • Henry Ford Museum and Greenfield Village (미시간 디어본) - 공작기계
  • 콜로라도 주, 클리어 크릭의 Molly Kathleen Mine - 제재소
  • 매사추세츠주 로웰의 Boot Mills - 파워 면직물
  • 미주리주 브랜슨시 실버달러시티 - 목공구 및 베이커리 기계
  • Tuckahoe Steam & Gas Association, 메릴랜드주 Easton - 운영기계 공장 박물관
  • 버지니아주 리치몬드 버지니아역사학회--?
  • 볼티모어 산업 박물관, 볼티모어, 메릴랜드 - 공작기계
  • Denton Farmpark, Denton, North Carolina – 공작기계
  • Muskegon Heritage Muskegon, Michigan — Corliss 엔진공작기계

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레퍼런스

메모들
  1. ^ a b c d e Hunter, Louis C.; Bryant, Lynwood (1991). A History of Industrial Power in the United States, 1730-1930, Vol. 3: The Transmission of Power. Cambridge, Massachusetts, London: MIT Press. ISBN 0-262-08198-9.
  2. ^ Thomson, Ross (2009). Structures of Change in the Mechanical Age: Technological Invention in the United States 1790-1865. Baltimore, MD: The Johns Hopkins University Press. p. 32. ISBN 978-0-8018-9141-0.
  3. ^ 힐스 페이지 208-210.
  4. ^ Nye, David E. (1990). Electrifying America: Social Meanings of a New Technology. Cambridge, Massachusetts and London, England: MIT Press. pp. 14, 15.
  5. ^ Jensen, Timothy O.; Trueb, Thomas O. (1996). "Emergency Replacement of a Paper Machine Line Shaft Turbine". Archived from the original on 2015-07-12. (물건에는 라인 샤프트와 터빈의 사진이 있습니다.)
  6. ^ Hubbart, James F. (1909). Millwrighting. NY. pp. 184ff.
  7. ^ Falconer 2001, 페이지 23 : 2001 (
참고 문헌

외부 링크